Kampf gegen Bakterien: Schwarzer Phosphor ersetzt Antibiotika

Antibiotikaresistenzen sind eine große Bedrohung für die Gesundheit. Allein in der Europäischen Union sterben daran geschätzt jedes Jahr etwa 35.000 Menschen, und die Gefahr wächst. Denn nach wie vor werden in vielen Ländern Antibiotika unnötig verschrieben oder von den Patienten und Patientinnen nicht gemäß der Dosierungsanordnung eingenommen. Das erhöht das Risiko dafür, dass weitere Bakterienstämme Resistenzen gegen bestimmte Antibiotika entwickeln. Anders gesagt: Die Zahl der funktionstüchtigen Waffen gegen diese Krankheitserreger sinkt.

Tinte aus dem 3D-Drucker heilt Wunden

Fachleute fordern daher nicht nur einen sorgsameren Umgang mit Antibiotika, sondern auch die Entwicklung von Alternativen. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vom australischen Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) und der University of South Australia (UniSA) haben jetzt eine Lösung vorgestellt: Sie setzen schwarzen Phosphor ein, um Infektionen zu behandeln und die Wundheilung zu unterstützen. Die ersten Ergebnisse sind erstaunlich.

Schwarzer Phosphor zerstört Bakterien effektiv

Schwarzer Phosphor ist die stabilste Form von Phosphor. Es handelt sich also um ein Mineral, das von Natur aus in vielen Lebensmitteln vorkommt. In ultradünner Form lässt es sich leicht mit Sauerstoff abbauen, was es ideal für die Abtötung von Mikroben macht. „Wenn sich das Nanomaterial zersetzt, reagiert seine Oberfläche mit der Atmosphäre und erzeugt sogenannte reaktive Sauerstoffspezies. Diese Spezies helfen letztendlich dabei, die Bakterienzellen zu zerstören“, sagt Sumeet Walia, Professor an der School of Engineering des RMIT.

In der vorliegenden Studie wurde die Wirksamkeit von nanodünnen Flocken aus schwarzem Phosphor gegen fünf gängige Bakterienstämme getestet, darunter E. coli und arzneimittelresistente Staphylokokken. „Unsere antimikrobielle Nanotechnologie zerstörte rasch mehr als 99 Prozent der Bakterienzellen – deutlich mehr als die heute üblichen Methoden zur Behandlung von Infektionen“, sagt Walia.

Wirkung des schwarzen Phosphors ist vergleichbar mit Antibiotika

Sein Kollege Zlatko Kopecki, leitender Forscher der UniSA, führte mit seinem Team die präklinischen Versuche durch. Dafür trugen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen Nanoflocken des schwarzen Phophors täglich auf. Er vergleicht die Ergebnisse bei der Beseitigung von Wundinfektionen mit dem Antibiotikum Ciprofloxacin: Es kam zu einer beschleunigten Heilung, wobei sich die Wunden nach sieben Tagen zu 80 Prozent geschlossen hatten. Das Wirkprinzip haben die Forschenden auch an einigen Bakterien-Stämmen getestet, die bereits gegen zahlreiche Antibiotika resistent sind – mit Erfolg.

Ein wichtiger Aspekt sei zudem die Sicherheit: Der schwarze Phosphor tötet zwar die Bakterien, schädigt aber keine gesunden Zellen.

Patenschutz für schwarzen Phosphor in der Wundheilung beantragt

Das Forschungsteam entdeckte weitere positive Eigenschaften des schwarzen Phosphors. Das Material entfaltet seine antimikrobielle Wirkung nämlich auffällig schnell. Außerdem zersetzt es sich selbst, sobald die Infektionsgefahr beseitigt ist.

„Das Schöne an unserer Innovation ist, dass es sich nicht einfach um eine Beschichtung handelt, sondern dass sie in gängige Materialien wie Plastik und Gele integriert werden kann, um sie antimikrobiell zu gestalten“, sagt Walia. In früheren Studien hatten die Forschenden schon gezeigt, dass schwarzer Phosphor zur Herstellung von Wundverbänden genutzt werden kann. Auch Implantate aus Titan oder medizinische Instrumente aus Kunststoff könnten durch das Mineral mit antibakteriellen Eigenschaften ausgestattet werden.

Das Team möchte jetzt mit Industriepartnern die nächsten Schritte gehen, um die Technologie bis zur Marktreife weiterzuentwickeln. Das RMIT hat Patentschutz für die schwarzen Phosphorflocken beantragt, einschließlich ihrer Verwendung in Wundheilungsformulierungen, einschließlich Gelen.